[发明专利]一种基于光度线性化的光度立体表面重建方法及设备

说明书

本发明属于三维测量技术领域，并具体公开了一种基于光度线性化的光度立体表面重建方法及系统。包括：对光源进行标定，以确定点光源方向；采集不同光源方向下待测物体的灰度图像，并对图像进行预处理；采用光度线性化方法将图像进行光度线性化；根据光度线性化的图像，得到图像像素强度，并根据像素强度对光度因子进行分类，以获取漫反射分量；根据所述漫反射分量，采用光度立体的表面辐照度方程求解物体表面点的法向量，并对待测物体的表面进行重建。本发明简化了高光和阴影的提取过程，可以准确快速地提取图像中的高光和阴影因子，获得良好的漫反射图像，提高了光度方法重建表面的精度。

技术领域

本发明属于三维测量技术领域，更具体地，涉及一种基于光度线性化的光度立体表面重建方法及设备。

背景技术

机器视觉在工业检测、生产过程控制和逆向工程等领域的应用日益广泛，其中光度立体方法因其结构简单，测量速度快，精度高的特点受到广泛应用。光度立体系统主要由一个摄像头和若干光源组成。该方法通过在不同方向的光源照射下捕获待测表面的一系列图像，然后根据表面反射模型估计表面法向量，从而完成表面重建。然而传统的光度立体在检测具有高光和阴影的金属表面时，容易产生较大误差。

目前主要有两类分离表面高光和阴影的方法。第一类使用彩色图像，利用颜色信息来区分镜面反射和漫反射分量。专利文献CN113096057A公开了一种基于四光源光度立体法的高光消除方法，通过使用四副彩色图像，利用比率图的方案实现了高光检测，在修复高光区域后准确提取出物体表面轮廓。但是该方法无法准确识别阴影因子，限制了该方法的使用范围。

第二类是通过使用偏振片去除高光，专利文献CN102879982A公开了一种消除视频图像来自光滑物体表面横向反光的系统及方法，该文献在摄像头前设置了偏光滤波器，通过将椭圆偏振转化为线偏振光，以此消除物体表面反射的镜面高光。但是由于偏振片也会使进入镜头的光线减少，所以物体的漫反射分量也减少了，图像强度降低，信噪比降低，从而影响精度。且该方法也无法处理表面阴影。

基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的站台安全门做出进一步的改进设计，构建安全的上下车安全通道，避免乘客在缝隙内横向穿行、滞留，解决现有站台安全门存在的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于光度线性化的光度立体表面重建方法及设备，其在进行法向量计算前，将真实图像转换为仅包含漫反射分量的理想图像。通过光度线性化后，所有图像都可以表示为三个基图像的线性组合，然后使用广度线性化的结果分类光度因子，实现高光和阴影的去除。该方法在分类过程中不再需要场景的三维形状信息和颜色信息，通过简单的像素强度比较就可以实现不同光度因子的提取。该方法简化了高光和阴影的提取过程，可以准确快速地提取图像中的高光和阴影因子，获得良好的漫反射图像，提高了光度方法重建表面的精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于光度线性化的光度立体表面重建方法，包括以下步骤：

S1对光源进行标定，以确定点光源方向；

S2采集不同光源方向下待测物体的灰度图像，并对图像进行预处理；

S3采用光度线性化方法将图像进行光度线性化；

S4根据光度线性化的图像，得到图像像素强度，并根据像素强度对光度因子进行分类，以获取漫反射分量；

S5根据所述漫反射分量，采用光度立体的表面辐照度方程求解物体表面点的法向量，并对待测物体的表面进行重建。

作为进一步优选的，步骤S1包括以下步骤：

S11构建平行光模型，得到点光源方向：

L＝2(NR)N-R

其中，R和L均为归一化向量，R为L经过小球表面高光点的反光方向，N为高光点处的法向量；